Номер 22, страница 22, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Квантовая физика. Глава VI. Атомное ядро и ядерная энергетика. Параграф 25. Атомное ядро - номер 22, страница 22.

Условие.

22. Что общего и чем различаются $\alpha$- и $\beta$-излучения?

Решение.

Что общего

Альфа-излучение ($\alpha$-излучение) и бета-излучение ($\beta$-излучение) имеют несколько общих свойств, связанных с их природой и взаимодействием с веществом:

1. Оба вида излучения являются ионизирующими. Это означает, что при прохождении через вещество их частицы обладают достаточной энергией для ионизации атомов и молекул, то есть для выбивания из них электронов.

2. Оба вида излучения возникают в результате радиоактивного распада нестабильных атомных ядер. Это спонтанный процесс превращения одного ядра в другое.

3. Оба излучения представляют собой потоки заряженных частиц. Вследствие этого они отклоняются в электрических и магнитных полях.

4. И альфа-, и бета-распад приводят к трансмутации химического элемента — исходное ядро превращается в ядро нового элемента.

Ответ: Общим для $\alpha$- и $\beta$-излучений является то, что они оба являются потоками заряженных частиц, возникают при радиоактивном распаде ядер, обладают ионизирующей способностью и вызывают превращение химических элементов.

Чем различаются

Несмотря на общие черты, $\alpha$- и $\beta$-излучения имеют существенные различия по своим физическим характеристикам и свойствам:

1. Природа частиц:
- $\alpha$-излучение — это поток тяжёлых положительно заряженных частиц, которые являются ядрами атома гелия ($_{2}^{4}\text{He}$), состоящими из двух протонов и двух нейтронов.
- $\beta$-излучение (в наиболее распространённом случае $\beta^{-}$-распада) — это поток лёгких отрицательно заряженных частиц, то есть электронов ($_{-1}^{0}\text{e}$).

2. Заряд и масса частиц:
- $\alpha$-частица имеет заряд $q_{\alpha} = +2e$ и массу $m_{\alpha} \approx 4$ а.е.м. (атомных единиц массы).
- $\beta$-частица (электрон) имеет заряд $q_{\beta} = -e$ и значительно меньшую массу $m_{\beta} \approx 1/1836$ а.е.м. Масса альфа-частицы примерно в 7300 раз больше массы бета-частицы.

3. Проникающая способность:
- $\alpha$-излучение обладает очень низкой проникающей способностью. Его может задержать лист бумаги или несколько сантиметров воздуха. Это связано с большой массой и зарядом частиц, которые интенсивно взаимодействуют с веществом и быстро теряют энергию.
- $\beta$-излучение имеет среднюю проникающую способность, значительно большую, чем у альфа-частиц. Для его поглощения требуется слой алюминия толщиной в несколько миллиметров.

4. Ионизирующая способность:
- $\alpha$-излучение обладает очень высокой ионизирующей способностью. На единице пути в веществе альфа-частица создает гораздо больше ионов, чем бета-частица.
- $\beta$-излучение имеет меньшую ионизирующую способность по сравнению с альфа-излучением.

5. Скорость частиц:
- $\alpha$-частицы испускаются со скоростями порядка $1.5 \times 10^7 - 2 \times 10^7$ м/с, что составляет 5-7% от скорости света.
- $\beta$-частицы испускаются с непрерывным распределением энергий, и их скорости могут достигать значений, очень близких к скорости света (до $0.99c$).

6. Влияние на ядро:
- При $\alpha$-распаде массовое число ядра $\text{A}$ уменьшается на 4, а зарядовое число $\text{Z}$ — на 2 ($_{Z}^{A}\text{X} \rightarrow _{Z-2}^{A-4}\text{Y} + _{2}^{4}\text{He}$).
- При $\beta^{-}$-распаде массовое число $\text{A}$ не меняется, а зарядовое число $\text{Z}$ увеличивается на 1 ($_{Z}^{A}\text{X} \rightarrow _{Z+1}^{A}\text{Y} + _{-1}^{0}\text{e} + \bar{\nu}_e$).

Ответ: Различия между $\alpha$- и $\beta$-излучениями заключаются в природе составляющих их частиц (ядра гелия и электроны соответственно), их массе, величине и знаке заряда, а также в вытекающих из этого различиях в проникающей и ионизирующей способностях, скорости и характере изменения исходного ядра.